青海紅溝地區哈曼大阪花崗巖體鋯石LA-ICP-MS測年—對紅溝銅礦床形成時代和成因的認識

余吉遠, 李向民, 王國強, 武 鵬

(中國地質調查局西安地質調查中心,西安 710054)

青海紅溝地區哈曼大阪花崗巖體鋯石LA-ICP-MS測年—對紅溝銅礦床形成時代和成因的認識

余吉遠, 李向民, 王國強, 武 鵬

(中國地質調查局西安地質調查中心,西安 710054)

哈曼大阪花崗巖體位于北祁連造山帶-中祁連造山帶接壤地帶。結合陰極發光,對哈曼大阪花崗巖體花崗閃長巖中的鋯石進行了LA-I CP-MS U-Pb同位素測年。獲得單顆粒鋯石的微區U-Pb年齡為478.8±1.2Ma。認為哈曼大阪花崗巖體形成時代為早奧陶世。獲得的紅溝銅礦直接賦礦圍巖雙峰式火山巖中基性火山巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素年齡為443.2±1.2Ma,認為紅溝銅多金屬礦床形成時代為晚奧陶世。因此,認為哈曼大阪花崗巖體與紅溝銅礦沒有成因上的聯系。這一認識,對進一步深入研究祁連造山帶陸緣裂谷環境的Cu多金屬礦床的成礦時代及成因具有重要意義。

花崗閃長巖 鋯石U-Pb年代學 LA-ICP-MS 紅溝 青海

Yu Ji-yuan,L iX iang-m in,Wang Guo-q iang,Wu Peng.ALA-I CP-MS U-Pb dat ing of zircons from Hamandaban granite body in the Honggou area,Q inghaiProv ince:new evidence formetallogenic age and causes of the Honggou copper polymetallic deposit[J].Geology and Exploration,2010,46(4):0592-0598.

哈曼大阪花崗巖體位于北祁連造山帶-中祁連造山帶接壤地帶的紅溝北側,前人對該區的火山巖進行了大量的研究工作,尤其是紅溝銅礦的發現,對該區火山巖的研究起到了一定的推動作用。但是,對其北側花崗巖體做實質性的工作較少,研究程度較低。因此對該巖體的形成時代沒有統一的認識, 1∶20萬區調(青海省地質局,1968)①認為該巖體形成于加里東晚期(γ δ33),時代相當于志留紀,并且認為該巖體與紅溝銅礦床的生成有直接的關系;而1∶25萬區調(拜永山等,2006)②認為該巖體形成于晚奧陶世,紅溝銅礦與火山巖有關,但始終缺乏令人信服的年代學證據。多位學者認為晚奧陶世火山巖為紅溝銅礦的賦礦圍巖(夏林圻等,1996,1998;孫海田等,1993;湯中立等,1999;馮益民等,1996),但是紅溝銅礦與其北側大規模花崗閃長巖的關系尚不明確。本次工作通過對哈曼大阪花崗巖體的年代學研究,結合前人的研究成果,研究祁連構造帶陸緣裂谷環境下Cu多金屬礦床的成因,以進一步認識中祁連加里東期構造-巖漿作用的地球動力學意義。本文研究的重點花崗閃長巖是哈曼達坂花崗巖體(復式巖體)中出露規模最大且野外露頭最好的巖體之一。

紅溝銅礦床賦存于晚奧陶世扣門子組細碧角斑巖中,有兩種不同層位,沿NWW向分布,出露寬50～500m,共查明7個礦體群,80多個礦體,其中II號礦體群規模最大,以脈狀、扁豆狀產出,礦體有尖滅再現的現象,礦石以他形粒狀結構、浸染狀構造為主,最高礦石綜合品位達33.8%。伴生組分有Au、Ag、Se等組分,礦體中礦物具有明顯的垂直分帶現象,自上而下,磁鐵礦-黃銅黃鐵礦+磁鐵礦-黃銅黃鐵礦-塊狀黃銅礦+黃銅黃鐵礦;圍巖蝕變以綠泥石化、綠簾石化為主,輔以鈉長石化、碳酸鹽化及黃鐵礦化。

1 區域地質及巖相學特征

哈曼大阪花崗閃長巖位于中祁連陸塊中,空間分布零亂,形態各異,其出露明顯受到斷裂的控制。巖體出露面積約40km2,巖體北側侵入于古元古代托賴巖群中(圖1),該巖群為黑云斜長片麻巖、角閃斜長片麻巖夾云母石英片巖及大理巖;西南側與二疊紀大黃溝組(粉砂巖、鈣質砂巖及長石砂巖)為斷層接觸;南側與奧陶紀扣門子組火山碎屑巖為斷層接觸。

圖1 紅溝地區區域地質略圖(據1∶25萬門源幅修改)Fig.1 Geologicalmap of the Honggou area(modified from 1∶250000 map ofM enyuan)

本次研究選擇出露規模最大,基巖出露最好的哈曼大阪花崗閃長巖巖體為研究對象,巖性為淺灰色片麻狀花崗閃長巖,中細粒半自形粒狀結構,塊狀構造、片麻狀構造,巖石由石英28%,斜長石47%,鉀長石18%,黑云母5%等組成,個別巖石中含有少量的白云母,副礦物組合為石榴石、鈦鐵礦、獨居石、鋯石,金紅石等。

2 分析方法

對所采樣品進行清洗后,全部粉碎至80目,鋯石挑選采用常規的重液浮選和電磁分離方法,在咸陽區域地質調查院實驗室對花崗閃長巖進行鋯石分選,之后在雙目鏡下挑選晶形完好、具有代表性的鋯石顆粒,鑲嵌于環氧樹脂中拋光使鋯石內部暴露,對待測鋯石進行透射光和反射光顯微照相,然后鍍碳膜,并通過掃描電鏡進行陰極發光照相,以檢查鋯石的內部結構,從而幫助選定最佳的待測鋯石部位和數據解釋,進而進行光學及LA-ICP-MS鋯石UPb測年分析。

鋯石U-Pb年齡測定分析在西北大學地質學系大陸動力學國家重點實驗室進行。本實驗室的LA-I CP-MS為Perkin Elmer/SCIEX公司帶有動態反應池(Dynamicreaction cell,縮寫為DRC)的四級桿LA-ICP-MS Elan6100RC,該儀器可在標準模式和DRC模式下運行。本研究在標準模式下進行。實驗中采用He作為剝蝕物質的載氣。用美國國家標準技術研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標準參考物質N IST610進行儀器最佳化,使儀器達到最高靈敏度最小的氧化物產率最低的背景值和穩定的信號。采用國際標準鋯石91500作為外標標準物質,普通鉛采用Andersen Tom的3D坐標法進行校正,元素含量采用N ISTSRM610作為標準,29Si作為內標元素。樣品的同位素比值及元素含量計算采用GL ITTER(ver4.0,Macquarie University)程序,年齡計算及諧和圖的繪制采用Isoplot(ver2.49)完成。詳細分析步驟和數據處理方法參見文獻(柳小明等,2002;Gaoet al.,2002;袁洪林等,2003;)。

圖2 樣品鋯石陰極發光圖像Fig.2 Cathodelum inescence images of analyzed zircon gra ins

圖3 花崗閃長巖鋯石LA-I CP-M S U-Pb年齡諧和圖Fig.3 LA-ICP-M S U-Pb age Concordia diagram of the granodiorite

3 測試結果

本文對采集的樣品進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學測試,鋯石陰極發光圖像見圖2,年代學分析結果見圖3和表1。

可能是受構造破壞作用的影響,鋯石整體較為破碎,主要為短柱狀,大小不一,陰極發光較弱,環帶特征不明顯或無環帶特征,測定了30個鋯石的30個點,其中08my-01-03、08my-01-08、08my-01-12、08my-01-18四個點的年齡值明顯偏離其他數據點,不參與年齡值計算;而08my-01-17、08my-01-21、08my-01-26、08my-01-29四個點盡管年齡值與其它數據點近似,但有明顯的Pb丟失而遠離諧和線,為了加權平均值的更加準確,這四個點也沒有參與年齡值的計算;其余22個點都位于諧和線上或諧和線附近(見圖3),206Pb/238U加權平均年齡為478.8±1.2Ma,MS WD=0.4;測試數據的Th/U比值的計算顯示(表1),所有鋯石Th/U值均大于0.50,因此該年齡代表了巖漿結晶年齡。樣品的年齡分析表明,花崗閃長巖形成于478Ma,說明哈曼達坂巖體形成于早奧陶世,為加里東中期花崗巖。

4 討論

通過對花崗閃長巖和火山巖形成環境和形成時代的討論,可以有效的限定礦床的形成環境及時代。花崗閃長巖與火山巖直接接觸,1∶20萬區調①認為是侵入接觸,1∶25萬區調②認為是斷層接觸。作者經過野外路線地質調查,認為花崗閃長巖與火山巖為斷層接觸關系,紅溝銅礦的直接圍巖為火山巖,但是火山巖中發育有次火山巖相的閃長巖,礦體與北側的花崗閃長巖還是與侵入其中的閃長巖均沒有直接接觸。

早古生代祁連造山帶的構造演化方面的研究資料很多(夏林圻等,1996,1998,2001;馮益民等, 1995,左國朝等,1987;任有祥等,2000),認為北祁連造山帶新元古代火山作用與Rodinia超大陸裂解有關,大陸裂谷火山作用一直持續到早-中寒武世,晚寒武世發生了大陸裂谷向大洋裂谷的轉變,到奧陶紀形成北祁連溝-弧-盆系,晚奧陶世-志留紀為海盆閉合期火山作用。

4.1 形成環境討論

1∶25萬區域②地質調查對哈曼達坂花崗閃長巖做大量巖石地球化學的分析測試,獲得巖石SiO2含量在68.24～70.57%,具有低鈦(T iO2= 0.29～0.38)、高鋁(Al2O3=14.63～16.22%)的特征,里特曼指數σ=1.22～1.97,山德指數(A/ CNK)=1.064～1.248,平均1.154,為強過鋁質巖石,硅堿圖解和AFM圖解可確定該巖體為中鉀強過鋁質的鈣堿性巖。稀土元素球粒隕石標準化模式圖顯示為向右陡傾的富集型模式。R1-R2圖解中(圖4),樣品集中分布于同碰撞區和板塊碰撞前的過渡區域,結合其它花崗巖構造環境判別圖,可以判斷該巖體可能形成于板塊碰撞環境。

圖4 花崗閃長巖R1-R2圖解(據拜永山等, 2006) (底圖據Batchelor等,1985)(R1=4Si-11Na-11K-2Fe-2Ti;R2=6Ca+2M g+Al)Fig.4 R1vs R2 discr im ination diagram showing the tecton icsett ingsforgranodiorite(afterBatchelor et al.,1985)(R1=4Si-11Na-11K-2Fe-2Ti;R2 =6Ca+2M g+Al)

而對于紅溝銅礦含礦圍巖火山巖的形成環境,目前較為統一的認識是形成于陸緣裂谷環境(孫海田等,1993;夏林圻等,1996,1998,2001;徐學義等, 2009;賈群子等,2002,2006)。這說明哈曼達坂花崗閃長巖體和紅溝銅礦為祁連構造帶不同研究階段的產物。

4.2 時代討論

LA-ICP-MS鋯石微區U-Pb同位素測年結果表明,哈曼達坂花崗閃長巖(08my-01)鋯石206Pb/238U表面年齡加權平均值為478.8±1.2Ma,屬于早奧陶世;而項目組同時獲得的紅溝銅礦直接賦礦圍巖雙峰式火山巖中基性火山巖的LA-I CPMS鋯石U-Pb同位素年齡為443.2±1.2Ma,和夏林圻等(1996)獲得的445Ma的年齡數據相當,說明紅溝銅礦形成時代的上限為晚奧陶世。花崗閃長巖的形成時代明顯早于火山巖的形成時代,因此,認為紅溝銅礦與北側的哈曼達坂花崗閃長巖沒有成因關系。而前人認為與紅溝銅礦有成因上聯系的哈曼達坂花崗巖巖體,可能是指侵入火山巖中的晚奧陶世閃長巖,而不是北側早奧陶世的花崗閃長巖。因為研究區出露的巖體時代主要是晚元古代、早奧陶世、晚奧陶世和志留紀等幾個時期,認為分布空間上與紅溝銅礦最近,時代最接近的巖體最有可能為紅溝銅礦的形成提供熱源,作者認為侵入火山巖中的次火山巖相的晚奧陶世閃長巖可能對銅礦的形成有一定的貢獻,但還有待進一步研究。

5 結論

哈曼達坂花崗閃長巖的LA-ICP-MS鋯石U -Pb同位素加權平均值為478.8±1.2Ma,屬于早奧陶世;其形成于板塊碰撞環境,與紅溝銅礦的形成時代及形成環境存在明顯的不同,因此認為該巖體與紅溝銅礦沒有成因上的聯系,而后期侵入其中的次火山巖相閃長巖可能對紅溝銅礦的形成有一定貢獻。

[注 釋]

①青海省地質局區域地質測量隊.1968.1∶20萬門源幅地質礦產圖說明書:47-110

②拜永山,王秉璋,王永文,王進壽,丁西岐,王培儉,曹生秀. 2006.1∶25萬門源縣幅區域地質調查報告:96-202

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A LA-ICP-M S U-Pb Dating of Zircons from the Hamandaban Gran ite Body in the Honggou Area,Qingha i Prov ince:New Evidence forM etallogen ic Age and Causes of the Honggou Copper Polymetallic Deposit

YU Ji-yuan, L IXiang-min, WANG Guo-qiang, WU Peng
(Xi’an Institute of Geology and M ineral Resource,CGS,Xi’an 710054)

The Hamandaban granite body lies in contiguous area of the northern-middle Qilian orogenic belt.Based on the cathodoluminescence micrography,the petrogenic age is obtained by the LA-ICP-MSU-Pb isotope dating on the zircons from the granodiorite in this rock body.The yielded U-Pb age is 478.8±1.2Ma,indicating the earlyOrdovician.The formation age of basic volcanic rocks from the bimodal volcanic rockwhich isore-hosting rock measured byU-Pb method is443.2±1.2Ma in the Honggou copperpolymetallic depost,indicating the late Ordovician.We consider that there is no genetic connection between the Hamandaban granite body and the Honggou copper polymetallic depost.This cognition is of great significance in further research on themetallogenic epoch and genesisof copperpolymetallic depositsoccurring in a continentalmargin rift environment in theQilian orogenic belt.

granodiorite,ziron U-Pb dating,LA-ICP-MS,Honggou,Qinghai province

book=7,ebook=396

P597+.3

A

0495-5331(2010)04-0592-07

2010-03-31;

2010-06-12;[責任編輯]鄭 杰。

青藏專項“北祁連成礦帶成礦條件研究與找礦靶區優選”(編號:1212010818090);中國地質調查局大調查項目“中亞古生代火山巖形成機制及其與成礦關系研究”(編號:1212010611804)資助。

余吉遠(1978年-),男,助理研究員,從事區域地質、礦產調查研究,E-mail:yujiyuan111@163.com。